[发明专利]发光二极管及其制造方法、集成发光二极管、以及显示器

说明书

本申请是申请日为2006年5月16日，申请号为200610099847.5，标题为“发光二极管、集成发光二极管、其制法、生长方法、光源单元装置、背光装置、显示器和电子器件”的在先申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及发光二极管和发光二极管的制造方法，并且还涉及集成发光二极管和集成发光二极管的制造方法。如上所述，本发明还涉及生长氮化物基III-IV族化合物半导体的方法以及光源单元装置(cell unit)、发光二极管背光装置(backlight)、发光二极管显示器和使用发光二极管的电子器件。更特别地，本发明涉及使用氮化物基III-V族化合物半导体的发光二极管以及多种使用该发光二极管的器件或者装置。

背景技术

在诸如蓝宝石衬底的不同类型衬底上外延式生长GaN半导体的情况下，会发生由于晶格常数或热膨胀系数之间的很大差异而引起的高密度晶体缺陷，尤其是穿透位错(threading dislocation)。

为了避免这种情况，到目前为止，一种利用选择性侧向生长的位错密度减小技术被广泛地使用。根据这种技术，在蓝宝石衬底或者其它衬底上外延生长GaN半导体，然后将衬底从晶体生长装置上去除。由SiO₂等制成的生长掩模在GaN半导体层上形成，接着将衬底返回到晶体生长装置，其中通过利用生长掩模使GaN半导体再次外延式生长。

虽然这种技术保证了位错密度在上部GaN半导体层中缩减，但是需要两次外延式生长周期，进而引起成本增加。

为了克服这个问题，已经提出了一种方法，其中要预先对不同的衬底进行处理，以提供一种图案化的齿状(indented)表面，GaN半导体在经过如此处理的衬底上外延式生长(例如参见Report of Mitsubishi Cable Industries，LTD.No.98，October，2001，entitled“Developments of High-power UV LEDUsing A LEPS Technique”以及日本专利特开No.2004-6931和2004-6937)。这种方法在图36A至36C中示意性示出。如图36A所示，c蓝宝石衬底101被处理过，以在其一个主表面上提供一种图案化的齿状表面。参考标记101a表示凹进部分，参考标记101b表示突起部分。这些凹进部分101a和突起部分101b沿着蓝宝石衬底的<1-100>方向延伸。接着，例如，经过图36B和36C的步骤，GaN半导体102在蓝宝石衬底101上生长。在图36C中，虚线表示生长过程中的生长界面。这种方法的特点在图36C中示出，例如，间隙103在蓝宝石衬底101和GaN半导体层102之间于每个凹进部分101a中形成。图37示意性示出了一种在根据这种方法生长的GaN半导体层102上的晶体缺陷分布。如图37所示，在每个突起部分101b之上的GaN半导体层102在与突起部分101b上表面的交界面垂直的方向上发生穿透位错104，形成高缺陷密度区105。另一方面，位于凹进部分101a之上、且在相邻的高缺陷密度区105之间的部分是低缺陷密度区106。

注意，在图36C中，位于在蓝宝石衬底101凹进部分101a内形成的间隙103之下的GaN半导体层102的掩埋形态的形状是矩形。这个掩埋形态某些情况下也可以是三角形的。这种情况下，掩埋在凹进部分101a之中的GaN半导体层102与从突起部分101b开始横向生长的GaN半导体层102相接触，进而形成间隙，比如矩形掩埋形态的情况。

为了参考，图38A到38D示出了在凹进部分101a和突起部分101b的延伸方向与蓝宝石衬底101的<1-100>方向成直角相交叉的<11-20>方向的情况下，GaN半导体层102是如何生长的。

图39A到39F示意性地显示了相关技术中的另一种生长方法，与前面提到的方法不同(例如参见日本专利特开No.2003-318441)。如图39A所示，利用制造为具有图案化的齿状表面的蓝宝石衬底，经过图39B到39F示出的步骤，在衬底上生长GaN半导体层102。根据本方法所述，形成GaN半导体层102，但在蓝宝石表面101和GaN半导体层102之间没有形成间隙。

发明内容